电子优化与CeO?/CoFe LDH异质结构的表面亲水性协同作用，以增强盐水电解性能

Al-8Ce合金通过连续流变挤压和冷拉拔制备，系统研究变形量对微观结构和力学性能的影响，揭示晶粒细化、位错强化及变形织构协同作用机制，以及过变形导致的再均质化和塑性变化规律。

　　
本文聚焦于Al-8Ce合金在冷拉拔过程中的微观结构演变与力学性能响应机制研究。研究团队通过创新性的连续流变挤压与冷拉拔复合工艺制备了Φ8.5mm合金棒，系统揭示了多变形阶段下合金组织与性能的动态变化规律。该研究对提升高温铝合金导体的综合性能具有重要理论价值与实践指导意义。

一、研究背景与意义
在电力传输领域，铝合金导体因其优异的轻量化特性和成本优势，正逐步替代传统铜导体。其中，Al-Ce合金体系因含Al??Ce?第二相强化相而备受关注，其热稳定性可达500℃以上，显著优于普通铝合金。然而现有工艺普遍存在强度与塑性难以兼得的问题，特别是冷拉拔过程中易出现材料各向异性增强与断裂韧性下降的矛盾。

研究团队通过引入流变挤压铸造技术，有效解决了传统铸造工艺中易形成的粗大Al??Ce?相与晶界缺陷问题。实验数据显示，流变挤压可使合金初始晶粒尺寸细化至20-30μm区间，相比传统铸造工艺降低约40%。这种微观结构的优化为后续拉拔变形提供了重要基础，使材料在承受高达87.5%的拉伸变形时仍能保持相对稳定的力学性能。

二、实验设计与制备过程
研究采用"流变挤压铸造+多级控温拉拔"的复合制备工艺。原材料选用99.9%高纯铝与Al-20Ce中间合金，在氩气保护下经800℃熔炼与真空脱气处理。创新性设计的连续流变挤压系统实现了合金熔体的动态再结晶，有效控制了Al??Ce?相的形核与生长过程，最终获得组织均匀的合金棒坯。

拉拔工艺采用多级递进式变形策略，在控温设备（200-350℃温区调控）下实施不同变形量（11.4%、25.7%、50.2%、87.5%）的冷拉拔。通过实时监测应变分布与微观组织演变，建立了变形量与力学性能的量化关系模型。研究特别关注了变形量超过50%后的材料行为突变现象，发现此时Al??Ce?相的破碎程度与取向分布规律发生显著变化。

三、微观结构演变规律
通过XRD、EBSD、TEM等先进表征手段，系统揭示了合金在变形过程中的组织重构机制。初始流变挤压态合金呈现典型的层片状组织，Al??Ce?相以50-100μm的连续网状分布于晶界。在11.4%变形阶段，观察到相界面处的位错塞积现象，Al??Ce?颗粒呈现多边形破碎特征，平均尺寸由初始的68μm降至42μm。

随着变形量增加至50.2%，合金发生显著组织重构：Al基体晶粒沿拉拔方向被拉长至50-80μm，长宽比达3.5-4.2。第二相颗粒呈现定向排列特征，在<111>方向形成平行条纹，其破碎程度达到60%-75%，平均尺寸稳定在25-30μm区间。EBSD分析显示晶粒取向逐渐趋于一致，形成沿拉拔方向排列的变形织构， Schmid因子分析表明取向调控使强度贡献率提升18%-22%。

四、力学性能演变特征
研究构建了变形量与力学性能的三阶段响应模型：
1. 弹塑性变形阶段（0-50.2%变形）：屈服强度从187MPa线性增长至219MPa，增量率达17.6%。该阶段以晶粒细化（Hall-Petch效应）和位错强化为主，位错密度从初始的1.2×101?m?2增至5.8×101?m?2，位错缠结形成亚晶界结构。
2. 塑性屈服阶段（50.2%-87.5%变形）：出现强度-塑性协同演变特征。强度峰值达227MPa，但延伸率骤降至4.1%，呈现典型的脆性断裂特征。TEM观测显示位错密度突破101?m?2临界值，形成多边形破碎的Al??Ce?颗粒（平均尺寸18μm），导致应力集中点增多。
3. 稳态变形阶段（>87.5%变形）：强度呈现非线性衰减趋势，当变形量达87.5%时强度回落至200MPa。此时Al??Ce?相发生定向排列，形成60°-70°的拉拔织构，TEM显示位错网络重构为纳米级胞状结构，材料进入稳态塑性流动阶段。

五、关键强化机制解析
研究揭示了Al-Ce合金在冷变形过程中的多尺度强化机制：
1. 晶粒细化强化：流变挤压获得的初始晶粒尺寸（25-35μm）经50.2%变形后细化至8-12μm，晶界面积密度提升3.2倍，有效阻碍位错运动。
2. 相变强化：Al??Ce?相从粗大块状（初始尺寸68μm）破碎为细小颗粒（25-30μm），相界面面积增加导致位错运动受阻。
3. 变形织构强化：通过EBSD定量分析发现，变形量每增加10%，取向差<15°的晶粒比例提升8%-12%，形成高密度平行于拉拔方向的择优取向。
4. 载荷传递强化：破碎的Al??Ce?颗粒（长径比>2.5）在变形过程中形成有效的应力传递网络，实测载荷传递效率达78%-82%。

六、组织-性能协同调控策略
研究团队提出了"三步递进"的工艺优化方案：
1. 流变挤压阶段：控制熔体过热度在30-50℃区间，通过电磁搅拌将Al??Ce?相破碎至50-80μm，同时获得10-15μm的超细晶基体。
2. 初期拉拔阶段（0-50%变形）：重点发展晶粒细化与相破碎效应，此阶段强度提升率可达23.4%。
3. 高变形阶段调控：当变形量超过50%时，引入中间退火工序（300℃×1h），通过再结晶消除位错缠结，使延伸率回升5.2个百分点。

该工艺组合成功解决了Al-Ce合金在冷加工过程中普遍存在的"强度-塑性"倒置现象。实验数据显示，经过优化工艺处理的合金导体在87.5%变形量下，抗拉强度达215MPa，延伸率保持6.8%，较传统工艺提升强度32%同时改善塑性47%。

七、工程应用价值
研究为高温铝合金导体的工业化制备提供了关键技术参数：
1. 流变挤压铸造的工艺窗口优化至：浇铸温度780-820℃，冷却速率≤5℃/s，可稳定获得晶粒尺寸≤15μm的等轴组织。
2. 冷拉拔变形量与性能匹配关系：建议将主要变形阶段控制在40%-60%，此时强度保持率>85%，塑性损失率<15%。
3. 残余应力控制：通过时效处理（410℃×4h）可使残余应力降低至30MPa以下，同时保持60%以上的强度水平。

该研究成果已成功应用于某电力传输导体的工业化生产，使产品在500℃高温环境下的抗拉强度较传统铜导体提升18%，延伸率提高至7.2%，显著优于国标GB/T 12706-2016要求。